鋼管拱肋混凝土灌注過程模擬分析

張全洋

(石家莊鐵道大學(xué) 河北 石家莊 050010)

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鋼管拱肋混凝土灌注過程模擬分析

張全洋

(石家莊鐵道大學(xué) 河北 石家莊 050010)

鋼管拱肋焊接合龍后，就到了灌注階段，此階段是鋼管混凝土拱橋施工過程的重要環(huán)節(jié)。本橋拱肋采用雙肢啞鈴型截面，鑒于截面形式的需要以及灌注階段混凝土方量較大，了解此過程結(jié)構(gòu)的受力、變形和穩(wěn)定是十分必要，本文利用施工階段聯(lián)合截面中的用戶截面對(duì)鋼管拱肋混凝土灌注過程模擬分析進(jìn)行了研究。

用戶截面;模擬分析

一、橋梁結(jié)構(gòu)概況

南堡跨世紀(jì)路特大橋，系梁全長(zhǎng)82.5 m，計(jì)算跨徑80 m，頂板寬17.2 m，底板寬14.8 m，梁高2.5 m。拱肋計(jì)算跨度為80 m，矢跨比1/5，立面投影矢高15.844 m，拱肋橫截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面，截面高度h=2.5 m，鋼管直徑為1.0 m。吊桿垂直拱弦線平行布置，間距5 m，共13對(duì)，橫向內(nèi)傾8度。拱橋立面圖、拱肋截面圖分別見圖1～2。

圖1 拱橋立面圖(單位：cm)

圖2 拱肋截面圖

(單位：mm)

二、拱肋單元模擬

本文采用Midas/Civil中的施工階段聯(lián)合截面來模擬拱肋的灌注施工過程，聯(lián)合截面按照其聯(lián)合形式分為標(biāo)準(zhǔn)截面、一般截面和用戶截面三種。標(biāo)準(zhǔn)截面只適合程序默認(rèn)自帶的截面，而啞鈴型截面不是程序所自帶的，其只能采用后兩者截面形式。一般截面適用于子截面數(shù)量為2～3個(gè)，而用戶截面的子截面數(shù)量沒有限制?？紤]到啞鈴型截面形式及實(shí)際施工的特點(diǎn)，將其分為4個(gè)子截面(外鋼管、上管混凝土、下管混凝土和腹板混凝土)，只能采用用戶截面形式(見圖3)。

(a)一般截面 (b)用戶截面

一般截面的子截面材料、疊合階段和材齡確定后，子截面的理論厚度h、剛度可自動(dòng)算出，而用戶接截面的子截面材料、疊合階段和材齡確定后，需要計(jì)算子截面特性值Cyi、Czi、理論厚度h和剛度。子截面特性值和理論厚度h的計(jì)算都相對(duì)簡(jiǎn)單，而剛度的計(jì)算的較為復(fù)雜。這時(shí)可以利用一般截面，將我們需要計(jì)算的截面作為一般截面中的一個(gè)子截面，利用一般截面可以自動(dòng)計(jì)算的功能得出子截面的剛度值，然后添加到用戶截面中。采用這種方式計(jì)算不但高效，而且準(zhǔn)確無誤。

三、灌注過程模擬分析

在拱肋鋼管混凝土灌注過程中，將液態(tài)混凝土以梁?jiǎn)卧奢d的形式施加到模型上，完全忽略其剛度，待混凝土凝固，擁有剛度后參與受力時(shí)，將先前的梁?jiǎn)卧奢d鈍化，此時(shí)將混凝土和拱肋鋼管以聯(lián)合截面的形式進(jìn)行組合。定義其施工階段見表1。

表1 三次灌注式施工階段的定義

鋼管混凝土拱橋灌注施工過程中，拱肋的應(yīng)力和變形是評(píng)價(jià)灌注質(zhì)量的重要指標(biāo)。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，取小里程半跨結(jié)構(gòu)，從應(yīng)力、變形兩個(gè)方面進(jìn)行模擬分析，見表2～3。

表2 拱肋位移表 mm

注：表中位移，向上為正，向下為負(fù)。

表3 拱肋應(yīng)力表 MPa

注：表中應(yīng)力，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。

四、結(jié)論

(1)灌注下弦管時(shí)，混凝土的荷載全部空鋼管來承擔(dān)；灌注上弦管時(shí)，混凝土荷載由空鋼管和下弦管混凝土共同承擔(dān)，截面剛度增大；因而在上下弦管混凝土荷載相同的情況下，下弦管混凝土引起的拱肋撓度較大，L/2截面最為明顯。

(2)隨著混凝土的參與受力，受力截面逐漸增大，在相同荷載作用下，拱肋應(yīng)力增量逐漸減小，拱腳處最為明顯。

(3)在灌注過程中，L/2截面撓度最大，拱腳截面應(yīng)力最大，為施工監(jiān)控的重點(diǎn)指明了方向。

(4)用戶截面的應(yīng)用，能夠較好的模擬啞鈴型拱肋截面的灌注過程，并利用一般截面能夠快速準(zhǔn)確的計(jì)算用戶截面所需的子截面剛度。

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